光彈性應(yīng)力分析實(shí)驗報告

1、光彈性應(yīng)力分析實(shí)驗總結(jié)光彈性應(yīng)力分析實(shí)驗總結(jié)小組：第五組組長：李振邦 組員：林長雨 原永銘 宿紹勛 周嬌指導(dǎo)老師：汪小明光彈性應(yīng)力分析光彈性應(yīng)力分析0101020203030404實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟0101020203030404實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟0101020203030404一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?1 、了解光彈儀的使用方法 2 、了解等傾線和等差線的產(chǎn)生，觀察材料的等傾線 3 、利用平面偏振場中的光彈性效應(yīng)測量給定材料條紋值f 4 、自行設(shè)計一個受拉試件，一個受壓試件，分別觀察當(dāng)拉（壓）力漸

2、變時其在暗場下的等差線 5 、分別求上述試件某些特殊點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟0101020203030404實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟0101020203030404實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟0101020203030404實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟0101020203030404某些高分子材料(環(huán)氧樹脂、聚碳酸脂等)具有暫時雙折射效應(yīng) ，制成與實(shí)物形狀和尺寸幾何相似的模型，并且給模型施加與實(shí)物相似的載荷，在特定的偏振光場中觀

3、察，模型中出現(xiàn)與應(yīng)力有關(guān)的干涉條紋。依照光彈性原理，可以算出模型內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力大小和方向，實(shí)物的應(yīng)力可依據(jù)相似理論換算得到。實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟實(shí)驗原理實(shí)驗原理偏振片偏振片2有機(jī)玻璃模型偏振片1施壓應(yīng)力雙折射顯示的偏振光干涉條紋應(yīng)力雙折射顯示的偏振光干涉條紋施壓方向形成光軸施壓方向形成光軸雙折射與應(yīng)力成正比雙折射與應(yīng)力成正比用于應(yīng)力分析研究用于應(yīng)力分析研究應(yīng)力雙折射應(yīng)力雙折射機(jī)械應(yīng)力作用產(chǎn)生的各向異性機(jī)械應(yīng)力作用產(chǎn)生的各向異性 光彈性效應(yīng)光彈性效應(yīng)0101020203030404實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟01010

4、202030304041 1、認(rèn)識光彈性儀。、認(rèn)識光彈性儀。 觀察實(shí)物光彈儀的各個部分，了解其名稱和作用。觀察實(shí)物光彈儀的各個部分，了解其名稱和作用。2 2、平面偏振光場的布置、平面偏振光場的布置 將二偏振鏡軸正交放置，開啟單色鈉光光源，然后單獨(dú)旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，將二偏振鏡軸正交放置，開啟單色鈉光光源，然后單獨(dú)旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，同時觀察平面偏振光場光強(qiáng)變化情況，并正確布置出正交和平行兩種平面同時觀察平面偏振光場光強(qiáng)變化情況，并正確布置出正交和平行兩種平面偏振光場。偏振光場。3 3、等傾線和等差線的觀察、等傾線和等差線的觀察 調(diào)整加力裝置，分別放入矩形模型橫梁使之受力，逐漸加載，觀察等調(diào)整加力裝置，分別放入

5、矩形模型橫梁使之受力，逐漸加載，觀察等傾線、等差線的形成，轉(zhuǎn)動電子秤下的手柄使起偏鏡、檢偏鏡同步回轉(zhuǎn)，傾線、等差線的形成，轉(zhuǎn)動電子秤下的手柄使起偏鏡、檢偏鏡同步回轉(zhuǎn)，同時觀察等傾線的特點(diǎn)，最后拍下對徑受壓矩形橫梁同時觀察等傾線的特點(diǎn)，最后拍下對徑受壓矩形橫梁0 0、1515、3030、4545、6060、7575的等傾線圖。的等傾線圖。4 4、在正交平面偏振場中加入兩片四分之一波片。、在正交平面偏振場中加入兩片四分之一波片。 先將一片四分之一波片放入并轉(zhuǎn)動使之成暗場，然后轉(zhuǎn)動先將一片四分之一波片放入并轉(zhuǎn)動使之成暗場，然后轉(zhuǎn)動4545，再將，再將另一四分之一波片放入并轉(zhuǎn)動使再成暗場，即得雙正交圓

6、偏振光場。此時另一四分之一波片放入并轉(zhuǎn)動使再成暗場，即得雙正交圓偏振光場。此時等傾線消除，在鈉光光源下，觀察等差線條紋圖，分析其特點(diǎn)。再單獨(dú)旋等傾線消除，在鈉光光源下，觀察等差線條紋圖，分析其特點(diǎn)。再單獨(dú)旋轉(zhuǎn)檢偏鏡轉(zhuǎn)檢偏鏡9090，則為平行圓偏振光場，觀察等差線得變化情況。，則為平行圓偏振光場，觀察等差線得變化情況。 5 5、測定模型材料的條紋值、測定模型材料的條紋值 從前面應(yīng)力差公式可以看出，只要知道材料的條紋值和等差線級數(shù)從前面應(yīng)力差公式可以看出，只要知道材料的條紋值和等差線級數(shù)N N，模型中的任一點(diǎn)的主應(yīng)力差值就可算出。我們采用矩形截面純彎曲梁實(shí)，模型中的任一點(diǎn)的主應(yīng)力差值就可算出。我們

7、采用矩形截面純彎曲梁實(shí)驗確定材料的條紋值。矩形截面梁在彎矩驗確定材料的條紋值。矩形截面梁在彎矩MM作用下，根據(jù)光彈性實(shí)驗的等作用下，根據(jù)光彈性實(shí)驗的等差線圖測得純彎曲段鄰近上下邊緣某整級數(shù)條紋差線圖測得純彎曲段鄰近上下邊緣某整級數(shù)條紋N N之間的距離之間的距離H0H0。實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康膶?shí)驗儀器實(shí)驗儀器實(shí)驗原理實(shí)驗原理實(shí)驗步驟實(shí)驗步驟具體實(shí)驗內(nèi)容實(shí)驗一 測定條紋值條紋級數(shù)條紋級數(shù)n電子秤示數(shù)電子秤示數(shù)m(kg)條紋值條紋值條紋值平均數(shù)條紋值平均數(shù)18.955.85*1035.72*103216.65.42*103324.005.66*103434.705.67*103544.455.81*103

8、653.505.83*103761.805.77*103實(shí)驗數(shù)據(jù)處理實(shí)驗數(shù)據(jù)處理實(shí)驗二 等傾線的觀測1、實(shí)驗?zāi)康模河涗浀葍A線的圖像；2、實(shí)驗原理：建立一個平面偏振場；首先反復(fù)同步轉(zhuǎn)動起偏鏡和檢偏鏡，觀察等傾線移動的大致規(guī)律；然后從=0開始，單方向方向同步轉(zhuǎn)動PA鏡，一般每隔510繪制一條等傾線并標(biāo)明度數(shù)，到90為止。3、實(shí)驗器材：光測彈性儀、聚碳酸酯模型、打磨工具、尺子、照相機(jī)；4、實(shí)驗步驟及注意事項：（1）實(shí)驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交平面偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分度盤上90 度位置，分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向0度。（2）調(diào)節(jié)試件高度，使模型剛好夾在試件中間且不受力，

9、且平面偏振光垂直通過模型。（3）在觀測者的指揮下緩慢加外力至出現(xiàn)條紋變化。（不必加太大的外力）（4）旋轉(zhuǎn)同步旋鈕，分別在0度、22.5度、45度、67.5度、90度處拍照，記錄模型的等傾線。0度22.5度45度67.5度90度 1、實(shí)驗?zāi)康模?、?shí)驗?zāi)康模簻y量模型某點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)，即測量模型某點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)，即K值；值；2、實(shí)驗原理：、實(shí)驗原理：公式如下：公式如下： 平均平均 =p/s; K= -/平均平均 ；其中，其中，- 偏振光入射點(diǎn)處平面應(yīng)力狀態(tài)的兩個主應(yīng)力；偏振光入射點(diǎn)處平面應(yīng)力狀態(tài)的兩個主應(yīng)力；平均平均偏振光入射點(diǎn)處平面應(yīng)力狀態(tài)的平均主應(yīng)力；偏振光入射點(diǎn)處平面應(yīng)力狀態(tài)的平均主應(yīng)力；

10、=0;P所加外力大小，所加外力大小，P=m*g；t模型寬度；模型寬度；g9.8m/s2 。s橫截面面積，橫截面面積，s=l*t；l橫截面長；橫截面長；（3、實(shí)驗器材：、實(shí)驗器材：漫射光式光測彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機(jī)等；漫射光式光測彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機(jī)等；4、實(shí)驗步驟及注意事項：、實(shí)驗步驟及注意事項：（1）實(shí)驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分）實(shí)驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分度盤上度盤上0度位置；分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向度位置；分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向4

11、5度，形成度，形成 “正交圓偏振暗場正交圓偏振暗場”；（2）測量模型寬度）測量模型寬度t，測量位置附近橫截面長度，測量位置附近橫截面長度l，（3）調(diào)節(jié)試件高度，使模型剛好夾在試件中間且不受力，且平面偏振光垂直通過模型。）調(diào)節(jié)試件高度，使模型剛好夾在試件中間且不受力，且平面偏振光垂直通過模型。（4）調(diào)節(jié)電子秤的）調(diào)節(jié)電子秤的“去皮去皮”按鈕進(jìn)行清零。當(dāng)模型中按鈕進(jìn)行清零。當(dāng)模型中x變成暗點(diǎn)時，調(diào)節(jié)外力，找到暗點(diǎn)變成暗點(diǎn)時，調(diào)節(jié)外力，找到暗點(diǎn)最清晰時的外力（記錄電子秤示數(shù)最清晰時的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此時）并做記錄，此時n=2，再依次施加外力連續(xù)測量，再依次施加外力連續(xù)測量并做記錄。

12、并做記錄。5.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理l=8.5cm；h=0.6cm; f=5.72*103N/m;條紋級條紋級數(shù)（數(shù)（n）顯示器顯顯示器顯示力的大示力的大?。ㄐ。∟）主應(yīng)力主應(yīng)力（Pa）平均應(yīng)平均應(yīng)力力（Pa）應(yīng)力應(yīng)力集中集中系數(shù)系數(shù)k平均平均應(yīng)力應(yīng)力集中集中系數(shù)系數(shù)n=21401.91*1062.71*1057.046.29n=43353.81*1066.49*1055.87n=64955.72*1069.59*1055.96由于測量數(shù)據(jù)太少，導(dǎo)致由于測量數(shù)據(jù)太少，導(dǎo)致K值有一定的偶然性存在。四星模型太小，導(dǎo)致值有一定的偶然性存在。四星模型太小，導(dǎo)致條紋分布過于密集，不易識別，導(dǎo)致了一定誤差。條紋

13、分布過于密集，不易識別，導(dǎo)致了一定誤差。1、實(shí)驗?zāi)康模?、?shí)驗?zāi)康模簻y量模型某點(diǎn)的測量模型某點(diǎn)的K值；值；2、實(shí)驗原理：、實(shí)驗原理：公式如下：公式如下：主應(yīng)力：主應(yīng)力：=n*f/h平均應(yīng)力：平均應(yīng)力： 平均平均=p/s; K= / 平均平均=0；P所加外力大小，所加外力大小，P=m*g；h模型寬度；模型寬度；g9.8m/s2 。s橫截面面積，橫截面面積，s=l*h；l橫截面長；橫截面長；3、實(shí)驗器材：、實(shí)驗器材：漫射光式光測彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機(jī)等；漫射光式光測彈性儀、聚碳酸酯模型、尺子、打磨工具、照相機(jī)等；4、實(shí)驗步驟及注意事項：、實(shí)驗步驟及注意事項：（1）小組分工：李振

14、邦負(fù)責(zé)儀器調(diào)整，林長雨負(fù)責(zé)拍照，原永銘負(fù)責(zé)加外力，）小組分工：李振邦負(fù)責(zé)儀器調(diào)整，林長雨負(fù)責(zé)拍照，原永銘負(fù)責(zé)加外力，宿紹勛負(fù)責(zé)觀測，周嬌負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)記錄；宿紹勛負(fù)責(zé)觀測，周嬌負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)記錄； （2）實(shí)驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記）實(shí)驗準(zhǔn)備（調(diào)節(jié)正交圓偏振暗場）：打開鈉光源，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使標(biāo)記指向鏡框分度盤上指向鏡框分度盤上0度位置；分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向度位置；分別旋轉(zhuǎn)兩塊四分之一玻片，使標(biāo)記指向45度，度，形成形成 “正交圓偏振暗場正交圓偏振暗場”；（3）測量模型寬度）測量模型寬度h，測量位置附近橫截面長度，測量位置附近橫截面長度l，（4）調(diào)節(jié)試件高度

15、，使模型剛好夾在試件中間且不受力，且平面偏振光垂直）調(diào)節(jié)試件高度，使模型剛好夾在試件中間且不受力，且平面偏振光垂直通過模型。通過模型。（5）調(diào)節(jié)電子秤的）調(diào)節(jié)電子秤的“去皮去皮”按鈕進(jìn)行清零。按鈕進(jìn)行清零。（6）設(shè)光入射到模型上某一點(diǎn)）設(shè)光入射到模型上某一點(diǎn)X，在觀測人指揮下，施力人有節(jié)奏地加外力，在觀測人指揮下，施力人有節(jié)奏地加外力（注意：所有人應(yīng)遠(yuǎn)離模型兩側(cè)，以免模型彈出傷人）。當(dāng)模型中（注意：所有人應(yīng)遠(yuǎn)離模型兩側(cè)，以免模型彈出傷人）。當(dāng)模型中X變成暗點(diǎn)變成暗點(diǎn)時，調(diào)節(jié)外力，找到暗點(diǎn)最清晰時的外力（記錄電子秤示數(shù)時，調(diào)節(jié)外力，找到暗點(diǎn)最清晰時的外力（記錄電子秤示數(shù)m）并做記錄，此）并做記錄

16、，此時時n=1；繼續(xù)加外力連續(xù)測量并做記錄。；繼續(xù)加外力連續(xù)測量并做記錄。5、實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄及初處理 h=0.006m; l=0.032m;條紋級數(shù)條紋級數(shù)n材料條材料條紋值紋值f所加外所加外力力p主應(yīng)力主應(yīng)力平均平均kK平均平均25720901.91*1064687504.075.641353.81*1067031255.4261755.72*1069114586.2882207.63*1061.15*1066.63未加力n=2n=4n=6n=8誤差分析誤差分析在主應(yīng)力為在主應(yīng)力為0時，試件已經(jīng)出現(xiàn)條紋時，試件已經(jīng)出現(xiàn)條紋 分析原因：可能在試件的制作或者實(shí)驗前試件安裝的過程中，受到超過了試件承

17、受范圍內(nèi)的力，使試件永久性不可恢復(fù)變形，結(jié)果導(dǎo)致在主應(yīng)力為零時，就已經(jīng)出現(xiàn)條紋，產(chǎn)生誤差。 總結(jié)：今后做實(shí)驗要保護(hù)好試件，避免遭到破壞，產(chǎn)生誤差分析總結(jié)由拍下的照片及數(shù)據(jù)表格分析可得：由拍下的照片及數(shù)據(jù)表格分析可得： 尖端比圓弧的受力能力要小的多，條紋更密集，力加到一尖端比圓弧的受力能力要小的多，條紋更密集，力加到一定值越容易斷裂損壞。定值越容易斷裂損壞。 所以，在進(jìn)行工程設(shè)計時，盡量將零件或工程設(shè)計成光滑所以，在進(jìn)行工程設(shè)計時，盡量將零件或工程設(shè)計成光滑的圓弧狀。的圓弧狀。 在汪老師的指導(dǎo)下，通過光彈性應(yīng)力分析實(shí)驗課程的學(xué)習(xí)，我受益匪淺。在汪老師的指導(dǎo)下，通過光彈性應(yīng)力分析實(shí)驗課程的學(xué)習(xí)，我

18、受益匪淺。課堂講解與實(shí)踐的并行下，既學(xué)到了知識又能學(xué)以致用。尤其是在實(shí)驗當(dāng)中，課堂講解與實(shí)踐的并行下，既學(xué)到了知識又能學(xué)以致用。尤其是在實(shí)驗當(dāng)中，我們小組團(tuán)結(jié)合作，組內(nèi)成員合理分工，各司其職，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題并共同我們小組團(tuán)結(jié)合作，組內(nèi)成員合理分工，各司其職，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題并共同探討解決問題。理論課堂上似懂非懂的一些問題通過自身的動手實(shí)踐，和組內(nèi)探討解決問題。理論課堂上似懂非懂的一些問題通過自身的動手實(shí)踐，和組內(nèi)成員的探討，跟其他組的交流以及與老師的討論中很好的解決。通過自己設(shè)計成員的探討，跟其他組的交流以及與老師的討論中很好的解決。通過自己設(shè)計模型，使得實(shí)驗與生活相結(jié)合，培養(yǎng)了我們自己的創(chuàng)新與想象能力。當(dāng)然，在模型，使